DE102011010800B4

DE102011010800B4 - Keramik aus präkeramischen Papier- und/oder Pappstrukturen sowie Leichtbauteil und Filter mit der Keramik

Info

Publication number: DE102011010800B4
Application number: DE201110010800
Authority: DE
Inventors: Peter Bolduan
Original assignee: Atech Innovations GmbH
Current assignee: Atech Innovations GmbH
Priority date: 2010-11-09
Filing date: 2011-02-09
Publication date: 2013-08-01
Anticipated expiration: 2031-02-10
Also published as: DE102011010800A1

Abstract

Keramik erhältlich aus einem Verbund von wenigstens zwei äußeren präkeramischen Papier- und/oder Pappstrukturen (1, 2) als Deckschichten und wenigstens einer inneren präkeramischen Papier- und/oder Pappstruktur (3, 4) als Zwischenschicht und Abstandshalter für die äußeren präkeramischen Papier- und/oder Pappstrukturen (1, 2), dadurch gekennzeichnet, dass die innere präkeramische Papier- und/oder Pappstruktur (3, 4) in dem Verbund oberseitig und/oder unterseitig vollflächig mit wenigstens einer äußeren präkeramischen Papier- und/oder Pappstruktur (1, 2) und/oder mit wenigstens einer weiteren inneren präkeramischen Papier- und/oder Pappstruktur (3, 4) verbunden ist und dass die innere präkeramische Papier- und/oder Pappstruktur (3, 4) eine Mehrzahl von Flächenausnehmungen (5, 6) aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Keramik aus präkeramischen Papier- und/oder Pappstrukturen, insbesondere ausgebildet zur Verwendung als keramisches Filtermaterial, erhältlich aus einem Verbund von wenigstens zwei äußeren präkeramischen Papier- und/oder Pappstrukturen als Deckschichten und wenigstens einer inneren präkeramischen Papier- und/oder Pappstruktur als Zwischenschicht und Abstandshalter für die äußeren präkeramischen Papier- und/oder Pappstrukturen.
Poröse Keramiken werden in der Technik für zahlreiche Anwendungen eingesetzt, beispielsweise als Wärmeisolationsstrukturen, Brennhilfsmittel, Porenbrennersubstrate sowie Brandschutzstrukturen. Ein anderes bevorzugtes Anwendungsgebiet liegt in dem Bereich der Filtermaterialien und/oder der Katalysatorträger.
Zur Herstellung dünnwandiger, komplex geformter Strukturkeramiken, welche mit herkömmlichen Formgebungsverfahren, wie beispielsweise Extrudieren oder Spritzguss, nicht oder nur schwer herstellbar sind, können Papierstrukturen und/oder Pappstrukturen als Formgebungsinstrument eingesetzt werden. Dabei ist aus dem Stand der Technik bereits bekannt, Papier- und/oder Pappstrukturen in einen Schlicker aus metallischen oder keramischen Pulvern zu tauchen, wodurch eine äußere Beschichtung erfolgt. Die entsprechend getauchten Pappen bzw. Papiere werden anschließend über Oxidation bzw. Pyrolyse und Sinterbrand in Keramikformteile überführt. Bei dieser Verfahrensführung ergeben sich bereits hochtemperaturbeständige, zellulare Keramiken mit vergleichsweise geringem Gewicht.
Aus der WO 2007/042105 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung einer Keramik bekannt, wobei Faserstoffe und Füllstoffe gemischt und zu einem präkeramischen Papier bzw. einer Pappe verarbeitet werden. Anschließend wird das so hergestellte Papier bzw. die hergestellte Pappe einer Pyrolyse und/oder einem Sintervorgang ausgesetzt. Die so erhältliche Keramik ist in Form einer zuvor abgebildeten Papier- oder Pappstruktur als Verbundkeramik ausgebildet. Die Füllstoffe können ausgewählt sein aus der Gruppe der Karbide, Nitride, Oxide, Boride und/oder Zeolithe. Als Füllstoffe können insbesondere auch Al₂O₃, ZrO₂, SiC, Si₃N₄, TiO₂, B₄C, TiC, TiB₂ und/oder Mischungen derselben und/oder Gläser wie Alumosilikate eingesetzt werden.
Weitere Verfahren zur Herstellung von Keramiken aus präkeramischen Papier- und/oder Pappstrukturen sind aus der WO 2007/113219 A1 und aus der WO 2005/049524 A1 bekannt.
Durch Laminieren können beispielsweise mehrere Lagen von präkeramischen Papier- und/oder Pappstrukturen zu Platten von hoher Festigkeit und durch Verbinden gewellter Lagen mit planaren präkeramischen Papieren oder Pappen tragfähige Wellpappen-Strukturen realisiert werden. Nach der thermischen Behandlung und der Sinterung entstehen daraus reinkeramische Bauteile. Verglichen mit einer massiven Keramik, beispielsweise aus Aluminiumoxid, gleicher Dicke werden so erhebliche Gewichtsersparnisse erreicht.
Von Nachteil bei Keramiken, die durch thermische Umsetzung eines Verbundes von mehreren präkeramischen Papier- und/oder Pappstrukturen erhältlich sind und beispielsweise eine Wellpappen- oder eine ähnliche Leichtbaustruktur aufweisen können, ist jedoch, dass die Verbindung zwischen den einzelnen keramisierten Schichten aus den präkeramischen Papier- und/oder Pappstrukturen keinen dauerhaften Zusammenhalt gewährleistet und die Keramik eine nicht ausreichende mechanische Festigkeit aufweist. Werden beispielsweise aus präkeramischen Papier- und/oder Pappstrukturen erhaltene Keramiken mit Wellpappen-Struktur zur Filtration von Fluiden eingesetzt, kann es bei einer Filterrückspülung sehr leicht zum Abplatzen von Teilen der Keramik kommen. Die Gefahr von Abplatzungen ist insbesondere erhöht, wenn korrosive Medien gefiltert werden. Auch in anderen Anwendungsbereichen, beispielsweise bei Leichtbauwerken und Leichtbauteilen, in denen Keramiken aus präkeramischen Papier- und/oder Pappstrukturen zum Einsatz kommen, kann es durch eine ungleichmäßige Lastverteilung leicht zum Abplatzen von Teilen der Keramik kommen, was sich nachteilig auf die Lebensdauer der Keramik auswirken und/oder die Funktionsfähigkeit der Keramik beeinträchtigen kann.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Keramik der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, die sich durch eine verbesserte mechanische Festigkeit und durch ein geringes Gewicht auszeichnet.
Die vorgenannte Aufgabe ist dadurch gelöst, dass der zur Herstellung der erfindungsgemäßen Keramik eingesetzte Verbund aus präkeramischen Papieren und/oder Pappen wenigstens eine innere präkeramische Papier- und/oder Pappstruktur aufweist, die oberseitig und/oder unterseitig vollflächig mit wenigstens einer weiteren präkeramischen Papier- und/oder Pappstruktur verbunden ist und eine Mehrzahl von die Struktur quer zu den Flachseiten durchsetzende Flächenausnehmungen bzw. Perforationen bzw. durchgehende Öffnungen aufweist, die Hohl- oder Leerräume in der inneren Papier- und/oder Pappstruktur bilden. Im Bereich der Ausnehmungen ist die innere präkeramische Papier- und/oder Pappstruktur nicht mit der weiteren präkeramischen Papier- und/oder Pappstruktur verbunden. Die äußeren präkeramischen Papier- und/oder Pappstrukturen als Deckschichten weisen vorzugsweise geschlossene Flachseiten bzw. Oberflächen auf. Eine innere präkeramische Papier- und/oder Pappstruktur kann mit wenigstens einer äußeren präkeramischen Papier- und/oder Pappstruktur und/oder mit wenigstens einer weiteren inneren präkeramischen Papier- und/oder Pappstruktur verbunden sein. Vorzugsweise ist die innere präkeramische Papier- und/oder Pappstruktur auf beiden Flachseiten jeweils mit einer äußeren präkeramischen Papier- und/oder Pappstruktur verbunden. Grundsätzlich ist es möglich, die Papier- und/oder Pappstrukturen des Verbundes durch an sich aus dem Stand der Technik bekannte Papierfügetechniken (kraft- und/oder formschlüssig) miteinander zu verbinden, insbesondere durch Laminieren.
Durch den vollflächigen Verbund zwischen den miteinander verbundenen angrenzenden präkeramischen Papier- und/oder Pappstrukturen wird eine hohe Festigkeit der erfindungsgemäßen Keramik sichergestellt. Die Gefahr von Abplatzungen bzw. Absprengungen von Teilen der Keramik bei der bestimmungsgemäßen Nutzung ist somit deutlich gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Keramiken verringert. Um eine hohe mechanische Festigkeit der erfindungsgemäßen Keramik sicherzustellen, ist es möglich, den Verbund während der thermischen Behandlung zur Überführung in die Keramik mit einem Gewicht zu belasten. Hierbei ist eine hohe Formhaltigkeit des Verbundes auch bei hohen Temperaturen und der damit verbundenen Materialerweichung aufgrund des erfindungsgemäß vorgesehenen vollflächigen Verbundes zwischen einer inneren präkeramischen Papier- und/oder Pappstruktur und einer äußeren präkeramischen Papier- und/oder Pappstruktur gewährleistet. Insbesondere eignet sich die erfindungsgemäße Keramik zur Verwendung als keramisches Filtermaterial, wobei auch bei Filtration von korrosiven Medien und/oder bei einer Filterrückspülung eine Beschädigung der keramischen Strukturen in einem hohen Maße ausgeschlossen werden kann. Ein weiterer bevorzugter Anwendungsbereich der erfindungsgemäßen Keramik liegt im Bereich der Leichtbauwerkstoffe, wobei Leichtbauteile mit einer erfindungsgemäßen Keramik eine hohe mechanische Festigkeit aufweisen. Durch die erfindungsgemäß vorgesehenen Flächenausnehmungen in der inneren präkeramischen Papier- und/oder Pappstruktur wird gleichzeitig ein geringes Gewicht der erfindungsgemäßen Keramik sichergestellt. Die Größe und/oder Verteilung der Flächenausnehmungen ist dabei derart gewählt, dass die geschlossenen Bereiche der inneren präkeramischen Papier- und/oder Pappstruktur ausreichend groß sind, um bei vollflächiger Verbindung mit einer äußeren präkeramischen Papier- und/oder Pappstruktur eine ausreichend hohe mechanische Festigkeit des Verbundes und damit auch der durch thermische Behandlung aus dem Verbund erhältlichen erfindungsgemäßen Keramik sicherzustellen.
Der Begriff ”präkeramische Papier- und/oder Pappstruktur” betrifft jede Papier- und/oder Pappstruktur, die sich thermisch ”keramisieren” bzw. umsetzen lässt, um eine Keramikstruktur zu erhalten. Ein Verbund aus Papier- und/oder Pappstrukturen bzw. -lagen kann zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Keramik beispielsweise in einen Schlicker aus metallischen oder keramischen Pulvern getaucht und/oder von außen beschichtet werden. Anschließend wird der Verbund wie oben beschrieben über Oxidation bzw. Pyrolyse und Sinterbrand in eine Keramik überführt. Darüber hinaus ist es beispielsweise auch möglich, dass die präkeramischen Papier- und/oder Pappstrukturen aus einer Mischung von Faserstoffen und Füllstoffen erhältlich sind.
Zur Herstellung der erfindungsgemäßen Keramik können vorzugsweise planare bzw. eben ausgebildete präkeramische Papier- und/oder Pappstrukturen als äußere und/oder innere Schichten des Verbundes miteinander verbunden werden. Der Verbund kann vor der thermischen Behandlung bzw. der Umwandlung in ein Keramikmaterial umgeformt werden, wobei zu diesem Zweck an sich aus dem Stand der Technik bekannte Papier- bzw. Pappformgebungstechniken eingesetzt werden können, um gegebenenfalls dünnwandige, komplex geformte Strukturkeramiken herzustellen. Beispielsweise ist es möglich, dass der Verbund vor der thermischen Behandlung geriffelt oder gewellt wird.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird die erfindungsgemäße Keramik erhalten durch thermische Umwandlung eines Verbundes, der wenigstens zwei im wesentlichen vollflächig miteinander verbundene innere präkeramische Papier- und/oder Pappstrukturen zwischen zwei äußeren Papier- und/oder Pappstrukturen aufweist. Durch die Dicke und/oder Anzahl der verwendeten inneren präkeramischen Papier- und/oder Pappstrukturen lässt sich der Abstand zwischen den äußeren Deckschichten des Verbundes und damit die Dicke der erfindungsgemäßen Keramik bedarfsweise im Hinblick auf einen bestimmten Anwendungsfall einstellen. Es versteht sich, dass die erfindungsgemäße Keramikstruktur auch erhältlich sein kann aus einem Verbund präkeramischer Papier- und/oder Pappstrukturen, wobei der Verbund gebildet wird aus einer Mehrzahl von Lagenordnungen mit jeweils wenigstens zwei äußeren Deckschichten und wenigstens einer inneren Zwischenschicht als Abstandshalter für die äußeren Deckschichten. Zwei benachbarte Lagenordnungen der vorbeschriebenen Art können dann über wenigstens eine weitere Zwischenschicht voneinander getrennt und miteinander verbunden sein.
Die Flächenausnehmungen in einer ersten inneren präkeramischen Papier- und/oder Pappstruktur des Verbundes und die Flächenausnehmungen in einer angrenzenden zweiten inneren präkeramischen Papier- und/oder Pappstruktur des Verbundes können komplementär ausgebildet sein, wobei die Flächenausnehmungen in angrenzenden inneren präkeramischen Papier- und/oder Pappstrukturen bereichsweise übereinanderliegend angeordnet sein können bzw. sich lediglich bereichsweise überlappen. Durch sich lediglich bereichsweise überlappende bzw. überlagernde Flächenausnehmungen der beiden inneren präkeramischen Papier- und/oder Pappstrukturen wird sichergestellt, dass eine ausreichend große Verbindungsfläche zwischen den angrenzenden inneren präkeramischen Papier- und/oder Pappstrukturen zur Verfügung steht, um eine hohe Festigkeit des Verbundes und damit eine hohe Festigkeit der erfindungsgemäßen Keramik zu gewährleisten.
Die Flächenausnehmungen können strömungsleitend miteinander verbunden sein. Grundsätzlich ist es beispielsweise möglich, dass der Verbund lediglich eine innere präkeramische Papier- und/oder Papierstruktur zwischen zwei Deckschichten mit Flächenausnehmungen zwischen zwei Deckschichten aufweist, wobei die Flächenausnehmungen miteinander verbunden sind und in der Keramik wenigstens einen im Wesentlichen in einer Strömungsebene verlaufenden Strömungsleitkanal bilden. Vorzugsweise sind jedoch wenigstens zwei direkt bzw. unmittelbar miteinander verbundene innere präkeramische Papier- und/oder Pappstrukturen vorgesehen, wobei durch die Flächenausnehmungen in einer ersten inneren präkeramischen Papier- und/oder Pappstruktur und durch die Flächenausnehmungen in einer angrenzenden zweiten inneren präkeramischen Papier- und/oder Pappstruktur durch Keramisierung miteinander verbundene Strömungsleitkanäle zwischen den äußeren Deckschichten der Keramik gebildet werden. Die Flächenausnehmungen in der ersten inneren präkeramischen Papier- und/oder Pappstruktur und die Flächenausnehmungen in der angrenzenden zweiten inneren präkeramischen Papier- und/oder Pappstruktur liegen dabei auf unterschiedlichen Höhenstufen. Die aus einem solchen Verbund erhaltene Keramik weist folglich auf unterschiedlichen Strömungsebenen angeordnete und auf die Flächenausnehmungen der inneren präkeramischen Papier- und/oder Pappstrukturen zurückzuführende miteinander verbundene Kammern in einem Bereich zwischen äußeren vorzugsweise geschlossenen Keramikschichten auf, wobei über die Kammern eine Durchströmung der Keramik bei geringem Strömungswiderstand möglich ist. Vorzugsweise bilden die Kammern durchgehende sich über die gesamte Länge und/oder Breite der erfindungsgemäßen Keramik erstreckende Strömungsleitkanäle, wobei, weiter vorzugsweise, eine Fluidabführung in Längsrichtung und in Querrichtung der Keramik und im wesentlichen parallel zu den Flachseiten der Keramik möglich sein kann.
Durch die Größe der Flächenausnehmungen lässt sich der Strömungswiderstand beim Durchströmen der Keramik beeinflussen. Zu berücksichtigen ist in diesem Zusammenhang allerdings, dass mit steigender Größe der Flächenausnehmungen die für eine Verbindung der Papier- und/oder Pappstrukturen miteinander zur Verfügung stehende (Gesamt-)Verbindungsfläche sinkt. Je nach Anforderungen an die mechanische Festigkeit der erfindungsgemäßen Keramik ist somit die Größe der Flächenausnehmungen in den Papier- und/oder Pappstrukturen zu begrenzen. Vorzugsweise beträgt der Anteil der Flächenausnehmungen einer Papier- und/oder Pappstruktur bzw. -lage bezogen auf die Grundfläche der Papier- und/oder Pappstruktur bzw. -lage zwischen 10 bis 90%, vorzugsweise zwischen 20% und 80%. Die vorgenannten Bereiche umfassen alle ganzzahligen Zwischenwerte, auch wenn dies nicht im Einzelnen beschrieben ist.
Die Dicke einer präkeramischen Papier- und/oder Pappstruktur des Verbundes kann zwischen 0,1 bis 2,0 mm, vorzugsweise zwischen 0,4 bis 0,6 mm, betragen, wobei, weiter vorzugsweise, eine innere präkeramische Papier- und/oder Pappstruktur und eine äußere präkeramische Papier- und/oder Pappstruktur eine gleiche Dicke aufweisen können. Durch eine geringe Dicke der Papier- und/oder Pappstrukturen lassen sich leichte Keramiken herstellen, die gleichzeitig eine hohe Festigkeit aufweisen. Vorzugsweise werden zur Herstellung des Verbundes Papier- und/oder Pappstrukturen eingesetzt, die die gleiche Dicke aufweisen. Dies führt zu einem geringen verfahrenstechnischen Aufwand bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Keramik.
Die Flächenausnehmungen in einer inneren präkeramischen Papier- und/oder Pappstruktur können regelmäßig verteilt angeordnet sein. Vorzugsweise sind die Flächenausnehmungen kreis-, ellipsen- oder polygonförmig ausgebildet. Auch können als Langlöcher ausgebildete oder waben-, dreieck-, trapez- oder viereckförmige Ausnehmungen vorgesehen sein. Hierbei können die Flächenausnehmungen von wenigstens einer inneren präkeramischen Papier- und/oder Pappstruktur des Verbundes gleich konturiert sein. Grundsätzlich ist es aber auch möglich, dass die Flächenausnehmungen in einer Papier- und/oder Pappstruktur unterschiedlich konturiert sind. Der Einfachheit halber können die Flächenausnehmungen einer ersten inneren präkeramischen Papier- und/oder Pappstruktur und die Flächenausnehmungen einer zweiten inneren präkeramischen Papier- und/oder Pappstruktur des Verbundes auch gleich konturiert ausgebildet sein. Um eine teilweise Überlappung der Flächenausnehmungen zu gewährleisten, können die Flächenausnehmungen in einer ersten inneren präkeramischen Papier- und/oder Pappstruktur des Verbundes beispielsweise um 90° gedreht zu den Flächenausnehmungen in einer angrenzenden zweiten inneren präkeramischen Papier- und Pappstruktur des Verbundes angeordnet sein. Bei mehr als zwei inneren präkeramischen Papier- und/oder Pappstrukturen, die der Verbund aufweist, kann eine entsprechend abwechselnde Ausrichtung der Flächenausnehmungen vorgesehen sein. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass Papier- und/oder Papplagen einen Verbund bilden, die gleich konturierte Flächenausnehmungen aufweisen. Die einzelnen Lagen können um 90° zueinander gedreht und/oder versetzt zueinander angeordnet sein, um eine teilweise Überlappung der Flächenausnehmungen von miteinander verbundenen Papier- und/oder Papplagen zu schaffen. Die Flächenausnehmungen in einer Papier- und/oder Papplage sind dabei vorzugsweise durch Stanzen der Papier- und/oder Papplage erhältlich.
Bei einer alternativen Ausführungsform der Erfindung kann auch vorgesehen sein, dass die einzelnen Flächenausnehmungen und/oder die Gesamtfläche der ausgenommenen Bereiche einer ersten inneren präkeramischen Papier- und/oder Pappstruktur kleiner sind als die Flächenausnehmungen und/oder die Gesamtfläche der ausgenommenen Bereiche einer angrenzenden zweiten inneren präkeramischen Papier- und/oder Pappstruktur. Hierbei kann eine Mehrzahl von Flächenausnehmungen einer ersten inneren präkeramischen Papier- und/oder Pappstruktur mit einer einzelnen Flächenausnehmung oder mehreren Flächenausnehmungen einer zweiten inneren präkeramischen Papier- und/oder Pappstruktur strömungsleitend verbunden sein. Die vorbeschriebene Anordnung und Ausbildung der Flächenausnehmungen von wenigstens zwei angrenzenden inneren präkeramischen Papier- und/oder Pappstrukturen als Zwischenschicht oder Abstandshalter in einem Verbund mit zwei äußeren präkeramischen Papier- und/oder Pappstrukturen als Deckschichten zeichnet sich durch eine ausreichend große Verbindungsfläche zwischen den Papier- und/oder Pappstrukturen und damit durch einen dauerhaften Zusammenhalt bei einem geringen Strömungswiderstand aus.
Die vorgenannten Aspekte und Merkmale der vorliegenden Erfindung sowie die nachfolgend anhand der Zeichnung beschriebenen Aspekte und Merkmale der vorliegenden Erfindung können unabhängig voneinander, in einer beliebigen Kombination, aber auch jeweils im Zusammenhang mit den Oberbegriffsmerkmalen von Patentanspruch 1 der vorliegenden Erfindung realisiert werden, auch wenn dies nicht im Einzelnen beschrieben ist. Hier kann jedem beschriebenen Merkmal oder Aspekt eigenerfinderische Bedeutung zukommen. Weitere Vorteile, Merkmale, Eigenschaften und Aspekte der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform anhand der Zeichnung. Es zeigen
1 eine schematische Darstellung von zwei äußeren präkeramischen Papier- und/oder Pappstrukturen und zwei inneren präkeramischen Papier- und/oder Pappstrukturen, die zu einem Verbund zusammengefügt zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Keramik aus präkeramischen Papier- und/oder Pappstrukturen vorgesehen sind, wobei die inneren präkeramischen Papier- und/oder Pappstrukturen Flächenausnehmungen bzw. durchgehende Öffnungen aufweisen, und
2 bis 9 alternative Möglichkeiten zur Anordnung und Ausbildung bzw. Ausgestaltung von Flächenausnehmungen in den inneren präkeramischen Papier- und/oder Pappstrukturen aus 1.
1 zeigt eine Anordnung mit zwei äußeren präkeramischen Papier- und/oder Pappstrukturen 1, 2 und mit zwei inneren präkeramischen Papier- und/oder Pappstrukturen 3, 4, wobei die präkeramischen Papier- und/oder Pappstrukturen 1–4 insbesondere durch Laminieren und/oder Verkleben zu einem Verbund zusammenzufügen sind. In dem Verbund bilden die beiden äußeren präkeramischen Papier- und/oder Pappstrukturen 1, 2 äußere Deckschichten und die beiden inneren präkeramischen Papier- und/oder Pappstrukturen 3, 4 eine Zwischenschicht bzw. einen Abstandshalter für die äußeren präkeramischen Papier- und/oder Pappstrukturen 1, 2. Aus dem durch Zusammenfügen der präkeramischen Papier- und/oder Pappstrukturen 1–4 erhältlichen Verbund lässt sich durch thermische Umsetzung der Papier- und/oder Pappstrukturen eine Keramik in an sich aus dem Stand der Technik bekannter Weise herstellen.
Gemäß 1 sind die Papier- und/oder Pappstrukturen 1–4 eben bzw. planar ausgebildet, was das formflächige Verbinden der Papier- und/oder Pappstrukturen 1–4 miteinander erleichtert und eine hohe Festigkeit des Verbundes und damit der daraus erhältlichen Keramik gewährleistet. Es ist möglich, dass der Verbund nach dem Verbinden der Papier- und/oder Pappstrukturen 1–4 als solcher einem Formgebungsverfahren unterzogen wird, um eine bestimmte in der Verbundstruktur abgebildete Form der Keramik zu erhalten.
Wie sich weiter aus 1 ergibt, weisen die inneren präkeramischen Papier- und/oder Pappstrukturen 3, 4 eine Mehrzahl von Flächenausnehmungen 5, 6 auf, die gemäß 1 regelmäßig angeordnet sind und eine gleiche Größe und Form aufweisen können. Durch die Flächenausnehmungen 5, 6 wird zum einen ein geringes Gewicht des aus den Papier- und/oder Pappstrukturen 1–4 erhältlichen Verbundes und damit der erhältlichen Keramik erreicht. Die Flächenausnehmungen 5 der inneren präkeramischen Papier- und/oder Pappstruktur 3 und die Flächenausnehmungen 6 der inneren präkeramischen Papier- und/oder Pappstruktur 4 sind um 90° gedreht zueinander ausgerichtet bzw. orientiert. Beim Verbinden der präkeramischen Papier- und/oder Pappstrukturen 1–4 werden die nicht ausgenommenen (vollflächigen) Bereiche der inneren präkeramischen Papier- und/oder Pappstrukturen 3, 4 miteinander und mit den äußeren präkeramischen Papier- und/oder Pappstrukturen 1, 2 verklebt, so dass eine hohe Festigkeit des Verbundes und damit der aus dem Verbund erhältlichen Keramik erreicht wird. Die Anzahl der inneren präkeramischen Papier- und/oder Pappstrukturen 3, 4 kann beliebig gewählt sein, um einen bestimmten Abstand zwischen den äußeren präkeramischen Papier- und/oder Pappstrukturen 1, 2 und damit eine bestimmte Dicke des Verbundes zu erreichen. Mehrere Anordnungen von miteinander verbundenen Papier- und/oder Papplagen der in 1 gezeigten Art können auch miteinander verbunden werden, vorzugsweise über wenigstens eine weitere innere präkeramische Papier- und/oder Pappstruktur 3, 4. Im Übrigen kann eine Anordnung der in Rede stehenden Art auch mehrere äußere präkeramische Papier- und/oder Pappstrukturen 1, 2 aufweisen, die unmittelbar miteinander verbunden sind.
Wie sich aus den 2 bis 8 ergibt, können Flächenausnehmungen 5 in einer ersten inneren präkeramischen Papier- und/oder Pappstruktur 3 und Flächenausnehmungen 6 in einer benachbarten zweiten inneren präkeramischen Papier- und/oder Pappstruktur 4 komplementär ausgebildet und in dem Verbund der präkeramischen Papier- und/oder Pappstrukturen 1–4 aus 1 bereichsweise übereinanderliegend angeordnet sein. Durch die überlappenden Flächenausnehmungen 5, 6 werden in der aus dem Verbund erhältlichen Keramik miteinander verbundene Strömungsleitkanäle gebildet. Vorzugsweise ist es dabei so, dass eine gerichtete Durchströmung der Keramik in wenigstens zwei Raumrichtungen Y₁, Y₂ möglich ist. Die Flächenausnehmungen 5 einer ersten inneren präkeramischen Papier- und/oder Pappstruktur 3 erstrecken sich gemäß 2 und 3 in Strömungsrichtung Y₁, während sich die Flächenausnehmungen 6 einer angrenzenden zweiten inneren präkeramischen Papier- und/oder Pappstruktur 4 quer dazu in Strömungsrichtung Y₂ erstrecken. Die Flächenausnehmungen 5 werden dabei über die quer dazu verlaufenden Flächenausnehmungen 6 miteinander verbunden und umgekehrt.
Wie sich weiter aus den 2 bis 8 ergibt, können die Flächenausnehmungen 5, 6 einer inneren präkeramischen Papier- und/oder Pappstruktur 3, 4 regelmäßig verteilt angeordnet sein. Gemäß den 2, 3 und 6 sind die Flächenausnehmungen 5, 6 langgestreckt und ellipsenförmig ausgebildet. Gemäß 7 sind die Flächenausnehmungen 5, 6 als Langlöcher ausgebildet. Gemäß 4 können die Ausnehmungen 5, 6 auch kreisförmig sein. Gemäß den 5 und 8 können die Ausnehmungen 5, 6 auch rechteckförmig, dreieckförmig oder sechseck- bzw. wabenförmig ausgebildet sein. Es versteht sich, dass die Flächenausnehmungen 5, 6 grundsätzlich auch eine andere polygonale Form aufweisen können.
Die in 5 dargestellte Ausführungsform mit abwechselnd angeordneten dreieckförmigen Flächenausnehmungen 5 einer ersten inneren präkeramischen Papier- und/oder Pappstruktur 3 und rechteckförmigen Flächenausnehmungen 6 einer zweiten inneren präkeramischen Papier- und/oder Pappstruktur 4 sowie die in 8 gezeigte Ausführungsform mit wabenförmigen Flächenausnehmungen 5, 6 zeichnen sich bei entsprechend größeren Durchströmungsöffnungen durch eine vergleichsweise geringe Gesamtverbindungsfläche zwischen den präkeramischen Papier- und/oder Pappstrukturen 1–4 aus.
Darüber hinaus sind alle Flächenausnehmungen 5, 6 einer inneren präkeramischen Papier- und/oder Pappstruktur 3, 4 vorzugsweise gleich konturiert. Bei den in den 2 und 3 dargestellten Ausführungsformen sind die Flächenausnehmungen 5 einer ersten inneren präkeramischen Papier- und/oder Pappstruktur 3 und die Flächenausnehmungen 6 einer zweiten inneren präkeramischen Papier- und/oder Pappstruktur 4 gleich konturiert. Gleiches gilt für die in 7 dargestellte Ausführungsform.
Wie sich aus den 4, 5, 6 und 8 ergibt, können die Flächenausnehmungen 5, 6 der miteinander verbundenen präkeramischen Papier- und/oder Pappstrukturen 3, 4 auch unterschiedlich konturiert sein, insbesondere eine unterschiedliche Größe aufweisen. Beispielsweise ist bei den in den 4 und 8 dargestellten Ausführungsformen vorgesehen, dass die Flächenausnehmungen 5 einer ersten inneren präkeramischen Papier- und/oder Pappstruktur 3 bei gleicher Form kleiner sind als die Flächenausnehmungen 6 einer angrenzenden zweiten inneren präkeramischen Papier- und/oder Pappstruktur 4. Dabei kann eine Mehrzahl von Flächenausnehmungen 5 einer ersten inneren präkeramischen Papier- und/oder Pappstruktur 3 mit einer größeren Flächenausnehmung 6 einer zweiten inneren präkeramischen Papier- und/oder Pappstruktur 4 strömungsleitend verbunden sein.
Gemäß den in den 6 und 7 dargestellten Ausführungsformen ist eine Durchströmung der aus dem Verbund erhältlichen Keramik auch lediglich in einer Strömungsrichtung Y₁ möglich. Gemäß 6 wird eine solche Strömungsleitung über eine Mehrzahl von Flächenausnehmungen 5 einer ersten präkeramischen Papier- und/oder Papplage 3 erreicht, die sich in Strömungsrichtung Y₁ erstrecken und über quer dazu angeordnete Flächenausnehmungen 6 einer zweiten präkeramischen Papier- und/oder Papplage miteinander kontaktiert sind. Gemäß 7 erstrecken sich alle Flächenausnehmungen 5, 6 in Strömungsrichtung Y₁, wobei ein Übertritt quer zur Strömungsrichtung Y₁ nicht möglich ist, da die Flächenausnehmungen 6 quer zur Durchströmungsrichtung Y₁ nicht strömungsleitend miteinander verbunden sind.
9 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform, wobei die Flächenausnehmungen 5, 6 von zwei inneren miteinander verbundenen präkeramischen Papier- und/oder Pappstrukturen 3, 4 gleich konturiert sind. Die Papier- und/oder Pappstrukturen 3, 4 weisen einen waben-, gitter- oder netzartigen Aufbau auf mit Stegen 7, die an Verbindungsstellen 8 zusammenlaufen. Sechseckige Flächenausnehmungen 5, 6 sind durch miteinander verbundene Stege 7 begrenzt. Die verbundenen Papier- und/oder Pappstrukturen 3, 4 können versetzt oder gedreht zueinander angeordnet sein. Vorzugsweise sind die Papier- und/oder Pappstrukturen 3, 4 so gegeneinander versetzt angeordnet, dass Verbindungsstellen 8 einer ersten inneren Papier- und/oder Pappstruktur 3 oberhalb von sechseckigen Flächenausnehmungen 6 einer darunter angeordneten zweiten inneren Papier- und/oder Pappstruktur 4 angeordnet sind. Dadurch wird ein sehr geringer Strömungswiderstand beim Durchströmen der aus den Papier- und/oder Pappstrukturen 3, 4 erhältlichen Keramik gewährleistet.

Claims

Keramik erhältlich aus einem Verbund von wenigstens zwei äußeren präkeramischen Papier- und/oder Pappstrukturen (1, 2) als Deckschichten und wenigstens einer inneren präkeramischen Papier- und/oder Pappstruktur (3, 4) als Zwischenschicht und Abstandshalter für die äußeren präkeramischen Papier- und/oder Pappstrukturen (1, 2), dadurch gekennzeichnet, dass die innere präkeramische Papier- und/oder Pappstruktur (3, 4) in dem Verbund oberseitig und/oder unterseitig vollflächig mit wenigstens einer äußeren präkeramischen Papier- und/oder Pappstruktur (1, 2) und/oder mit wenigstens einer weiteren inneren präkeramischen Papier- und/oder Pappstruktur (3, 4) verbunden ist und dass die innere präkeramische Papier- und/oder Pappstruktur (3, 4) eine Mehrzahl von Flächenausnehmungen (5, 6) aufweist.
Keramik nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbund wenigstens zwei vollflächig miteinander verbundene innere präkeramische Papier- und/oder Pappstrukturen (3, 4) aufweist.
Keramik nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Flächenausnehmungen (5, 6) strömungsleitend miteinander verbunden sind, wobei, vorzugsweise, die Flächenausnehmungen (5) einer ersten inneren präkeramischen Papier- und/oder Pappstruktur (3) des Verbundes und die Flächenausnehmungen (6) einer angrenzenden zweiten inneren präkeramischen Papier- und/oder Pappstruktur (4) des Verbundes miteinander verbundene Strömungsleitkanäle in der Keramik bilden.
Keramik nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der präkeramischen Papier- und/oder Pappstruktur (1–4) zwischen 0,1 bis 2,0 mm, vorzugsweise zwischen 0,4 bis 0,6 mm, beträgt, wobei, vorzugsweise, die Dicke der inneren präkeramischen Papier- und/oder Pappstruktur (3, 4) der Dicke einer äußeren präkeramischen Papier- und/oder Pappstruktur (1, 2) entspricht.
Keramik nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Flächenausnehmungen (5, 6) regelmäßig verteilt sind und/oder dass die Flächenausnehmungen (5, 6) kreis-, ellipsen- oder polygonförmig sind.
Keramik nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Flächenausnehmungen (5) einer ersten inneren präkeramischen Papier- und/oder Pappstruktur (3) des Verbundes kleiner sind als die Flächenausnehmungen (6) einer angrenzenden zweiten inneren präkeramischen Papier- und/oder Pappstruktur (4) des Verbundes, wobei eine Mehrzahl von Flächenausnehmungen der ersten inneren präkeramischen Papier- und/oder Pappstruktur mit wenigstens einer Flächenausnehmung der zweiten inneren präkeramischen Papier- und/oder Pappstruktur strömungsleitend verbunden ist.
Leichtbauteil mit einer Keramik nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 6.
Filter mit einer Keramik nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 6.